课件：第四章真菌的代谢.ppt

第四章 真菌的代谢 主要介绍真菌如何利用C、N和脂类，产生能量并合成大分子物质。,2019,-,1,第一节 碳代谢和氮代谢 一、分解代谢中的底物的脱氢 1.脱氢和受氢 多数有机物以脱氢（被氧化）代替脱电子，而电子不能处于自由状态，必须被另一种还原性底物（B）所接受。 2.脱氢途径 EMP、HMP、ED途径和TCA循环。,2019,-,2,二、碳分解代谢-发酵 可在有氧下进行，但厌氧更有利于发酵因为没有TCA循环竞争丙酮酸。 （一）、乙醇发酵 啤酒酵母、毛霉、根霉、曲霉、青霉、镰刀霉、阿舒氏囊霉、粗糙脉孢菌等。,2019,-,3,（二）乳酸发酵 壶菌纲、卵菌纲的一些真菌。,2019,-,4,（三）、甘油和其他多元醇的发酵 碱性条件下，啤酒酵母可利用EMP途径产生的磷酸二羟丙酮接受H，产甘油-3-Pi，而后脱磷酸后形成甘油（型发酵）。 耐高渗酵母在高碳及非碱性条件下，可发酵产多元醇，如阿拉伯糖醇、赤藓糖醇等。,2019,-,5,三、碳合成代谢-碳水化合物的合成 （一）、多糖的合成 如几丁质（占大多数，高等真菌）、甘露聚糖（酵母菌）、脱乙酰几丁质和纤维素（低等真菌）。 1.细胞壁多糖和糖原的合成 核苷糖二磷酸+引物 （引物-糖）+核苷二磷酸 2.几丁质的合成 （1）合成途径,2019,-,6,2019,-,7,（2）几丁质酶的应用 生物防治 抗真菌感染（破坏壁破裂）； 破坏线虫虫卵（如淡紫拟青霉，破坏卵壳几丁质）； 增加杀虫剂的效果 协助BT菌剂，破坏昆虫中肠围食膜（抗感染屏障，由几丁质、蛋白质和透明质酸组成）。,2019,-,8,构建抗病植物 将编码基因（放线菌、海洋弧菌等）导入植物（英国，烟草、大豆、棉花、水稻、玉米等），增强抗病能力。 制备壳寡糖 水解几丁质壳寡糖 抗肿瘤，保湿增湿降血压用高纯甲壳胺、青岛丽姿、广州的甲壳素护发素、西安甲壳素护肤品（治疗痤疮）。,2019,-,9,3.糖原的合成 （1）糖原由葡萄糖通过-1，4糖苷键连接。 （2）糖原的合成,2019,-,10,（二）、芳香族化合物的合成 关键是六碳环和3个不饱和键的形成，可通过乙酸途径和莽草酸途径。 1.乙酸途径 （1）乙酸的两个碳和一个氧的骨架代谢物中建筑砖块。 （2）合成途径 乙酰辅酶A+CO2丙酰辅酶A三个分子缩合六碳芳香族核+3CO2。,2019,-,11,2.莽草酸途径 4-P-赤藓糖+烯醇式丙酮酸缩合中间产物重排莽草酸； 莽草酸+三碳单元缩合成预苯酸（含2个双键）第3个双键合成苯环。,2019,-,12,四、氮代谢 （一）、脱氨和转氨 1.脱氨 氨基酸氧化酶，分解Aa形成酮酸。 2.转氨 转移氨基，合成其他氨基酸,Glu提供氨基。 （二）、氨基酸的合成-以Lys为例 根据中间产物（二氨基庚二酸和a-氨基已二酸）不同，分别称作：DAP途径和AAA途径（可用于分类）。,2019,-,13,DAP途径,AAA途径,2019,-,14,目前未发现某一类生物同时具有这两种合成途径。 利用DAP途径的真菌细胞壁成分主要为纤维素（低等，除卵菌纲）； 利用AAA途径的真菌细胞壁成分主要是几丁质（高等）。,2019,-,15,第二节 脂类代谢 脂类是大多由甘油和脂肪酸结合而成。 一、分解代谢 1.脂肪分解过程,2019,-,16,2.动物体中脂肪酸的-氧化 脂肪酸被ATP和辅酶A活化脂酰COA脱氢双键； 经水合作用在碳原子上形成羟基脱氢-酮酸； -酮酸脱掉两个碳原子，形成乙酰COATCA循环。 剩下的脂肪酸再进入-氧化，依次循环，形成乙酰COA进入TCA循环。,2019,-,17,3.真菌的-氧化 脂肪酸-酮酸和动物一样，但-酮酸只脱去一个碳原子，形成甲基酮。,2019,-,18,二、合成代谢（合成脂类） 1.脂类在真菌中的作用 （1）存在于真菌细胞壁中，尤其是孢子壁中，有保护和防水作用； （2）是细胞膜、内质网膜以及细胞器膜的重要成分； （3）主要以三脂酰甘油酯的形式储存能量； （4）参与激素的合成。,2019,-,19,2.真菌所产脂类的种类和特点 能合成广泛的脂类，如中性脂肪、磷脂、固醇等。 真菌所含脂类随菌龄、生长时期以及培养条件有很大变化。 3.真菌所产多不饱和脂肪酸（PUFAs） 含两个或两个以上双键的C18-22的直链脂肪酸。,2019,-,20,（1）种类 -亚麻酸（ALA）、 -亚麻酸（GLA）、花生四烯酸（AA）、二十碳五烯酸（EPA）、二十二碳六烯酸（DHA）等。DHA和EPA对人体最重要。 （2）保健作用 -亚麻酸前列腺素的前体抗动脉硬化、降血脂和血压等； DHA（脑黄金，奶粉营养强化剂）构成大脑和视网膜的必需物质促进婴儿脑部发育，保护视力。 EPA（血管清道夫）清理胆固醇和甘油三酯。,2019,-,21,（3）产不饱和脂肪酸的微生物 主要集中在霉菌和藻类。 细菌（如嗜酸乳杆菌、弧菌等）产量低； 酵母菌：产油油脂酵母、浅白色饮球酵母油酸和亚麻酸； 霉菌：深黄被孢霉（-亚麻酸,花生四烯酸）、卷枝毛霉、米曲霉等； 藻类：如盐生杜氏藻、粉盒小球藻等。,2019,-,22,（4）合成相关酶 以饱和脂肪酸为底物，去饱和酶（关键酶，控制不饱和程度）和延长酶完成。 酶编码基因外源表达 1993年，从蓝细菌分离6脱氢酶基因； 1999年，高山被孢霉6和12脂肪酸脱氢酶在酿酒酵母中表达； 2008年, 卷枝毛霉的6去饱和酶基因转入烟草。,2019,-,23,第三节 真菌的次生代谢物 包括色素、植物激素、抗菌素、真菌毒素等。 一、次生代谢物的特点 1. 往往限于一个种或一个种内的某一菌系； 2.次生代谢物在菌体的生命活动中无明显功能； 3.次生代谢物是在机体生长受到限制时产生的。,2019,-,24,二、类胡萝卜素 是一种色素，以-胡萝卜素和酸性类胡萝卜素形式存在菌体内。以-胡萝卜素为例。 1.是VA的前体，可在人类肠粘膜中转化成VA。 2.生产菌：瓜笄霉、三孢不拉霉（工业用生产菌株）、好食脉孢菌、菌核青霉等。,2019,-,25,3.-胡萝卜素的合成 以乙酰COA和亮氨酸为前体，合成甲羟戊酸。,2019,-,26,以甲羟戊酸为原料，进一步合成第二个中间产物，异戊烯焦磷酸（IPP）；,2019,-,27,IPP被异构酶转变成二甲基丙烯焦磷酸，然后二者再进一步合成C40单位（类胡萝卜素的基本骨架）。,2019,-,28,C40骨架脱氢形成不饱和键；同时，经-环化酶作用，在两端形成白芷酮环。,2019,-,29,三、赤霉素（gibberellin,GA ） 属双萜类化合物，首先从藤仓赤霉（引起水稻恶苗病）的无性世代-串珠镰刀菌中发现的。 1.种类：目前除了赤霉酸外（1938年最初被发现），还有9种结构相似的成分。在真菌中仅有赤霉素A1、A2、A4、A7、A9。 2.合成途径（与类胡罗素相似） 以乙酸为原料合成的，中间物为甲羟戊酸、异戊烯焦磷酸（IPP）、牻牛儿焦磷酸（PP）等。,2019,-,30,3.存在形式 自由态：易被有机溶剂提取，有生理活性； 结合态：与葡萄糖等结合，无生理活性，酸或蛋白酶水解可得自由态。 束缚态：一种储藏形式，种子萌发时，可转换成自由态。,2019,-,31,4.赤霉素的作用 促进植物生长，早熟，增产和改进品质（促进吲哚乙酸合成酶活性，抑制IAA氧化酶的活性，使束缚型IAA自由态IAA）； 打破休眠，促进发芽（诱导种子产-淀粉酶水解淀粉成葡萄糖，供种子发芽）； 改变植物开花周期和雌雄比率，使两年生植物在一年开花。处理植株后，雄花比例增加。,2019,-,32,四、抗生素、修饰及其抗菌肽 （一）、青霉素 1.生产菌株：产黄青霉突变株。 2.结构 （1）青霉素是以6-氨基青霉烷酸（6-APA）为基础的一组化合物。 （2）6-APA：缬氨酸+半胱氨酸组成，可加多种酰基支链。 3.天然青霉素的种类：早期天然青霉素V、G和F。,2019,-,33,2019,-,34,4.半合成青霉素的发酵生产 （1）原理 将不同前体物加入6-APA上从而形成不同产物。 （2）半合成青霉素生产步骤 利用产黄青霉生产青霉素V或G； 用青霉素酰基转移酶降解青霉素得到6-APA； 加入特殊支链。,2019,-,35,6-APA,2019,-,36,（3）三种半合成青霉素产品 苯氧乙基青霉素：最早的半合成青霉素，比青霉素V更易吸收，效果同青霉素G； 二甲氧苯青霉素：第二个半合成青霉素，抗青霉素酶，在体内不易被钝化； 氨苄青霉素：广谱抗菌，杀菌力强，毒性低。目前口服青霉素有阿莫西林、氨卞西林。,2019,-,37,（4）青霉素过敏 与药物和患者有关，青霉素本身不是过敏原，引起过敏的是药物中的杂质（如青霉噻唑）。 原因 青霉素进入人体后（pH7.5），排列成青霉烯酸被分解成青霉噻唑酸（半抗原） 与人体-球蛋白和白蛋白结合成青霉噻唑蛋白（为完全抗原，主要致敏物质，在青霉素生产或储存过程中也可形成）。,2019,-,38,（二）、头孢霉素 又称先锋霉素，顶头孢霉产生，作用机制与青霉素类似，另外，与某些膜蛋白酶结合，改变膜通透性，抑制蛋白质合成，释放自溶素。 核心结构是7-氨基头孢霉素烷酸。,2019,-,39,头孢霉素常用药 第一代：1962-1970年开发，主治G+球菌引起的感染，对-内酰胺酶敏感，如头孢唑啉（先锋5号，注射）、头孢氨苄（先锋4号，口服）、头孢拉丁（先锋6号，口服+静脉点滴）； 第二代：19701976年开发，主治G+杆菌感染，对-内酰胺酶相对稳定，如头孢呋辛（西力欣）、头孢西丁(美福仙) ；,2019,-,40,第三代：19761983年开发，主治G-菌（E.coli，变形杆菌等）引起的感染，对-内酰胺酶稳定，头孢三臻（菌必治），头孢他啶（复达欣）； 第四代：80年代中期开发，用于治疗重症感染，对-内酰胺酶更稳定，如头孢克列定、头孢匹罗等。,2019,-,41,（三）克服病菌耐药性的抗生素结构修饰 1.设置障碍基团 耐药性菌株，多产生内酰胺酶，水解-内酰胺键变成无活性产物。 向酶攻击部位附近添加障碍基团酶难结合免遭分解。 如甲氧西林、苯唑西林等，在-内酰胺基附近添加甲氧基、苯基等基团，对青霉素酶稳定治疗金黄球菌抗性菌株感染。,2019,-,42,2.消除钝化酶作用的基团 细菌产磷酸转移酶，乙酰基转移酶等修饰酶特定羟基或氨基磷酸化、乙酰化失效，如卡那霉素。 选择性去掉某些氨基或羟基克服耐药性，如地贝卡星（双去氧卡那霉素B）。 3.增加新的作用点 向四环素类中添加甘氨酰胺基团，形成的甘胺环素可抵抗一些抗生菌的外排作用。,2019,-,43,(四)、抗菌肽 一种广谱抗菌阳离子多肽（由20-60个氨基酸组成），不会诱导抗药性菌株的产生。 （1）最初开发 1975年，G.Boman（瑞典）等从惜古比天蚕蛹中分离到一种杀菌肽。 人们相继从两栖类、昆虫、高等植物、哺乳动物直至人类体内,发现了抗菌肽（700多种）。,2019,-,44,（2）抗菌机理及特点 机理：在细胞膜上相互聚集，形成离子通道，并使得膜蛋白聚集，导致菌体不能保持正常渗透压而死亡。 作用特点 减少抗性的产生 作用对象特殊：只对原核生物细胞和真核生物病变细胞有作用，多数对正常真核生物细胞不起作用。 生成快，杀菌迅速：病原体侵入几分钟内，就快速产生, 扩散速度和杀菌速度比常规抗生素快。,2019,-,45,（3）作用 抗包膜病毒 如蜂毒素攻击病毒外膜，也可伪装成TMV病毒包被蛋白,参与病毒合成无法正常组装。 抗真菌作用 如天蚕素（25100mg/L）抗曲霉菌属和镰刀菌属。 免疫调节 直接杀死病原菌，抗肿瘤、促进TH细胞的增殖反应、充当趋化因子等。,2019,-,46,（4）存在的问题 来源有限, 提取复杂,成本高； 抗菌活性与分子空间结构密切相关,体外合成活性差（与天然抗菌肽一级结构一致，但空间结构不同）； 某些抗菌肽对哺乳动物细胞有一定毒性。,2019,-,47,五、黄曲霉毒素 1960年，引起英国发生“火鸡X病”。 1.产生菌 黄曲霉和寄生曲霉,主要侵染花生、玉米和大米。 2.种类与结构 （1）种类：B1、B2、G1、G2、M1、M2等12种，B1的毒性最强，检测B1量代表食品中毒素量。 （2）结构 2个呋喃环（毒性）+香豆素（致癌）。,2019,-,48,2019,-,49,3.性质 不溶于水、乙烷、乙醚等，溶于氯仿、甲醇、丙酮等有机溶剂。 B1理化抗性：耐高温（280裂解）；抗紫外线，耐酸不耐碱（pH9-10，迅速分解）；能被强氧化剂NaClO、Cl2、H2O2、SO2破坏。 紫外光下发荧光，B1和B2呈蓝紫色，G1和G2呈黄绿色。 进入动物肝脏内，经肝氧化酶作用在呋喃环的末端含有一个环氧桥，具有致癌性。,2019,-,50,六、甾体转化 1.甾体化合物（又称类固醇化合物） 甾体化合物（含环戊烷多氢菲核）：胆固醇、胆酸、肾上腺皮质激素、性激素、强心苷等。 在含甾体结构的基质中培养真菌，可完成转化作用。 甾体转化可分为：氧化作用和还原作用。,2019,-,51,氧化作用：主要是C11的羟化作用（化学方法很难，该羟基可使得甾体抑制发炎），常用黑根霉和犁头霉,产生11a-羟基孕酮，并进而合成可的松（良好的消炎药，治疗风湿性关节炎）。,2019,-,52,将脱氧皮质醇的C11进行11-羟化（紫罗兰犁